เหตุผลที่นาโนเหล็กออกไซด์สามารถแสดงสีที่แตกต่างกันได้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างผลึก ขนาดอนุภาค และสถานะพื้นผิว
โครงสร้างผลึกของนาโนเหล็กออกไซด์เป็นรูปหกเหลี่ยม และพารามิเตอร์ขัดแตะจะเปลี่ยนไปตามขนาดอนุภาคที่ลดลง เมื่ออนุภาคมีขนาดใหญ่ (โดยปกติจะใหญ่กว่าหลายสิบนาโนเมตร) เหล็กออกไซด์จะมีโครงสร้าง α- Fe2O3 ทั่วไปหรือที่เรียกว่าโครงสร้างออกไซด์ของเหล็ก จะมีสีแดง เนื่องจากโครงสร้าง α- Fe2O3 ทั่วไปมีการสะท้อนแสงสูงสำหรับแสงที่มองเห็น โดยดูดซับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า (สีน้ำเงิน-เขียว) ในแสงที่มองเห็นได้ เหลือเพียงความยาวคลื่นสีแดงที่ยาวกว่าเท่านั้นที่สังเกตได้
เมื่อขนาดอนุภาคลดลงจนถึงระดับนาโน เหล็กออกไซด์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ของโครงตาข่ายและผลกระทบที่พื้นผิว ส่งผลให้สีของมันเปลี่ยนไป เมื่อขนาดอนุภาคมีขนาดเล็กถึงระดับหนึ่ง (โดยปกติจะน้อยกว่าสิบนาโนเมตร) เหล็กออกไซด์จะเกิดสนามแม่เหล็ก γ- โครงสร้าง Fe2O3 หรือที่เรียกว่าเหล็กออกไซด์แม่เหล็กจะมีสีดำ เนื่องจากโครงสร้างแม่เหล็กเหล็กออกไซด์มีการสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ต่ำกว่า ดูดซับแสงที่มองเห็นได้มากกว่า และไม่ทำให้เกิดการสะท้อนแสงอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ได้สีดำ
นอกจากนี้ สภาพพื้นผิวของนาโนไอรอนออกไซด์ยังส่งผลต่อสีอีกด้วย พื้นผิวของวัสดุนาโนมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และมีแนวโน้มที่จะมีปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมโดยรอบ ตัวอย่างเช่น เมื่อมีชั้นเคลือบออกไซด์หรือสารอินทรีย์บนพื้นผิวของนาโนเหล็กออกไซด์ สีของมันอาจเปลี่ยนไปและอาจปรากฏเป็นผงสีอื่น ๆ
โดยรวมแล้ว สีของนาโนเหล็กออกไซด์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึก ขนาดอนุภาค และสถานะพื้นผิว เหล็กออกไซด์ที่มีขนาดอนุภาคใหญ่กว่าจะแสดงเป็นสีแดงโดยทั่วไป ในขณะที่เหล็กออกไซด์ที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่าจะแสดงเป็นสีดำ และสภาพพื้นผิวก็ส่งผลต่อสีเช่นกัน
